(57)【要約】改善された混合及び温度制御挙動を有し、ファウリング傾向が低減されたミキサー熱交換器インサート又はミキサー熱交換器インサート配列、及び対応するミキサー熱交換器インサート配列を有するミキサー熱交換器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミキサー熱交換器インサートであって、
内部容積部（１３）を有する第１のグループの中空体プレート（１０、１１）と、内部容積部（２３）を有する第２のグループの中空体プレート（２０、２１）と、を有し、
前記第１のグループの中空体プレート（１０、１１）は、ミキサー熱交換器インサート（１）の長手方向（Ｌ）に対して第１の方向（Ｒ１）に傾斜しており、前記第２のグループの中空体プレート（２０、２１）は、ミキサー熱交換器インサート（１）の長手方向（Ｌ）に対して第２の方向（Ｒ２）に傾斜しており、
前記第１のグループの中空体プレート（１０、１１）は、前記第２のグループの中空体プレート（２０、２１）と横方向に当接し、前記第１のグループの中空体プレート（１０、１１）の内部容積部（１３）は、前記第２のグループの中空体プレート（２０、２１）の内部容積部（２３）に接続され、前記第１のグループの内部容積部（１３）と前記第２のグループの内部容積部（２３）は、温度制御流体を搬送するように設計された接続された全内部容積部（１３、２３）の一部であることを特徴とするミキサー熱交換器インサート。
【請求項２】
前記第１の方向（Ｒ１）と前記第２の方向（Ｒ２）は、互いに正反対である請求項１に記載のミキサー熱交換器インサート。
【請求項３】
温度制御流体入口（１１０ａ）及び温度制御流体出口（１２０ａ）を更に有し、
前記第２のグループの中空体プレート（２０、２１）は、前記第１のグループの少なくとも２つの中空体プレート（１０、１１）に横方向に当接し、該２つの当接点で、前記第２のグループの中空体プレート（２０、２１）の内部容積部（２３）は、前記第１のグループの隣接する２つの中空体プレート（１０、１１）の内部容積部（１３）に接続され、温度制御流体が前記第１のグループの第１の中空体プレート（１０ａ、１１ａ）の内部容積部（１３）を通って、前記温度制御流体入口（１１０ａ）から前記第２のグループの中空体プレート（２０）の内部容積部（２３）に流入し、前記第１のグループの第２の中空体プレート（１０ｂ、１１ｂ）の内部容積部（１３）を通って前記温度制御流体出口に流れる請求項１又は２に記載のミキサー熱交換器インサート。
【請求項４】
前記第１のグループの中空体プレート（１０、１１）と、前記第２のグループの中空体プレート（２０、２１）とは、リブ状のデザインであり、前記第１のグループの複数のリブ状中空体プレート（１０、１１）は、長手方向（Ｌ）に互いに平行に並んで配置され、前記第２のグループの複数のリブ状中空体プレート（１０、１１）は、長手方向（Ｌ）に互いに平行に並んで配置され、互いに平行に並んで配置された前記第１のグループのリブ状中空体プレート（１０，１１）と互いに平行に並んで配置された前記第２のリブ状中空体プレート（２０、２１）は、相互に交互（１１、２０、１０、２１）に当接し、それぞれのリブ状中空体プレートの内部容積部（１３、２３）は、前記当接点で互いに接続されている請求項１〜３の何れか１項に記載のミキサー熱交換器インサート。
【請求項５】
第３のグループの中空体プレート（３０）を更に有し、該第３のグループの中空体プレート（３０）は、長手方向（Ｌ）に対して第３の方向（Ｒ３）に傾斜しており、前記第１の方向（Ｒ１）、前記第２の方向（Ｒ２）及び前記第３の方向（Ｒ３）は、互いに１２０°の角度で配置されている請求項１〜３の何れか１項に記載のミキサー熱交換器インサート。
【請求項６】
前記第１のグループの中空体プレート（１０、１１）の前記長手方向（Ｌ）に対する傾斜角（α alpha）は、前記第２のグループの中空体プレート（２０、２１）の前記長手方向（Ｌ）に対する傾斜角（α alpha）と等しい請求項１〜５の何れか１項に記載のミキサー熱交換器インサート。
【請求項７】
前記中空体プレート（１０、１１、２０、２１）は、前記長手方向に亘り少なくとも２つの流体的に分離した平行な全容積部（１３ａ、２３ａ；１３ｂ、２３ｂ）を形成している請求項１〜６の何れか１項に記載のミキサー熱交換器インサート。
【請求項８】
互いに上下に配置された前記第１のグループの中空体プレート（１０、１１）及び互いに上下に配置された前記第２のグループの中空体プレート（２０、２１）は、ミキサー熱交換器インサート（１）の前記長手方向（Ｌ）にマッチングスペースを有する請求項１〜７の何れか１項に記載のミキサー熱交換器インサート。
【請求項９】
前記第１のグループの中空体プレート（１０、１１）及び前記第２のグループの中空体プレート（２０、２１）は、前記長手方向（Ｌ）に対して３０°〜６０°の角度（α alpha）で、特に、４０°と５０°の間の角度（α alpha）で傾斜している請求項１〜８の何れか１項に記載のミキサー熱交換器インサート。
【請求項１０】
前記ミキサー熱交換器インサート（1）は、３Ｄ印刷プロセスによって、特に添加物製造プロセスによって、特にダイレクトメタル溶融レーザプロセス（ＤＭＬＳ）によって製造される請求項１〜９の何れか１項にミキサー熱交換器インサート。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載の複数のミキサー熱交換器インサート（１、１ａ、１ｂ）を有するミキサー熱交換器インサート配列であって、
複数の前記ミキサー熱交換器インサート（１、１ａ、１ｂ）は、前記長手方向（Ｌ）に対して互いに前後に配置されており、前記ミキサー熱交換器インサート（１ａ）の温度制御流体出口（１２０ａ）が隣接する前記ミキサー熱交換器インサート（１ｂ）の温度制御流体入口（１１０ｂ）に接続され、２つの隣接する前記ミキサー熱交換器インサート（１ａ、１ｂ）との間の境界で前記内部容積部（１３，２３）が接続され、前記温度制御流体が前記ミキサー熱交換器インサイ―と（１ａ）から隣接する前記ミキサー熱交換器インサート（１ｂ）に流れ得ることを特徴とするミキサー熱交換器インサート配列。
【請求項１２】
前記ミキサー熱交換器インサート（１、１ａ、１ｂ）は、前記長手方向（Ｌ）に対して回転オフセットされて、特に９０°オフセットされて縦に配置されている請求項１１に記載のミキサー熱交換器インサート配列。
【請求項１３】
前記中空体プレート（１０、１１、２０、２１）は、４つの流体的に分離した平行な全容積部（１３ａ、２３ａ；１３ｂ、２３ｂ；１３ｃ、２３ｃ；１３ｄ、２３ｄ）を前記長手方向に亘って形成し、前記平行な全容積部は、前記ミキサー熱交換器インサート配列の一端で接続され、第１及び第２の全容積部（１３ａ、２３ａ；１３ｂ、２３ｂ）は、温度制御液体によって互いに対して平行に流され、続いて、第３及び第４の全容積部（１３ｃ、２３ｃ；１３ｄ、２３ｄ）は、互いに対して平行に、及び前記第１及び前記第２の全容積部（１３ａ、２３ａ；１３ｂ、２３ｂ）に対しては反平行に流される請求項１又は１２に記載のミキサー熱交換器インサート配列。
【請求項１４】
ミキサー熱交換器であって、
流体入口（２１０）及び流体出口（２２０）を有する流体搬送容積部（２３０）と、請求項１〜１０の何れか１項に記載のミキサー熱交換器インサート（１）又は請求項１１〜１３の何れか１項に記載のミキサー熱交換器インサート配列（１００）とを有し、
前記ミキサー熱交換器インサート（１）又は前記ミキサー熱交換器インサート配列（１００）は、前記流体搬送容積部（２３０）内に延在し、前記流体入口（２１０）を通って前記流体搬送容積部（２３０）に流れ込んだ流体が、前記流体出口（２２０）を通って前記流体搬送容積部（２３０）から出る前に、ミキサー熱交換器インサート（１）又はミキサー熱交換器インサート配列（１００）の幾何形状に起因する剪断応力を受けることを特徴とするミキサー熱交換器。
【請求項１５】
流体搬送容積部（２３０）は、前記長手方向（Ｌ）に亘って一定の内部断面積を有する請求項１４に記載のミキサー熱交換器。
【請求項１６】
請求項１〜９の何れか１項に記載のミキサー熱交換器インサート（１）のエンベロープは、前記ミキサー熱交換器（２００）の前記流体搬送容積部（２３０）の一定の内部断面積に対応する断面積を有し、この容積部に前記ミキサー熱交換器インサート（１）が導入される請求項１４又は１５に記載のミキサー熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミキサー熱交換器及びミキサー熱交換器のためのミキサー熱交換器インサート配列（arrangement）に関する。特に、ファウリング特性が減じられたミキサー熱交換器及びミキサー熱交換器のためのミキサー熱交換器インサート配列に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の混合のために、特にプロセスの間、静的ミキサーと動的ミキサーの両方を使用することができる。動的ミキサーの場合、例えば、混合する流体を積極的に攪拌する撹拌要素を使用することが可能である。静的ミキサーの場合、外部から導入される攪拌エネルギーではなく、流れる流体に固有のエネルギーによって混合が達成される。ここで、流体は、ミキサーの形状と接触したときに流体が移動する結果として混合される。静的ミキサーによるこのような混合のために、例えば、いわゆるＸミキサーが使用される。Ｘミキサー内では、互いに横断的に交互に配置された構造体が流量内に導入され、流れている流体を混合する。このようないわゆるＸミキサーは、例えば、互いに例えば９０°の角度で交互に配置された複数の棒状の平坦な本体から成ることができる。このようにして流れる流体は、このようにして数回に分けて分裂・再結合され、層流又は乱流に導かれ、或いは強制的に方向を変えられて続いて流体の混合をもたらす乱流を生じさせる。
【０００３】
この種のミキサーは反応器で使用されることが多いので、流体の混合だけでなく、流体の温度を制御することが同時に必要である。この目的のために、温度制御液体を搬送することができる幾つかの管から成るミキサー熱交換器が知られている。一般に流路の長手方向に延在するこれらの管には、この場合には、横方向に配置された流れ案内板が設けられており、“分裂及び再結合”効果による貫流流体の混合をもたらす。
【０００４】
更に、温度制御流体を搬送する管が蛇行してルーティングされ、蛇行管が流路内の流体の貫流方向に平行な平面に位置する熱交換器が知られている。
【０００５】
上述したタイプのミキサー及び熱交換器は、例えば、EP1067352A2又はWO2008/017571A1から公知である。
【０００６】
前述の熱交換器及びミキサーは、混合能力が低く、特に、凝集体を有する流体の場合には、凝集体または濃縮流体塊が溜まる鋭角の領域に凝集体が蓄積する傾向を示すか、又は二次反応が起こり得、生成物が同様に累積することができる流れが穏やかな領域を有する。この効果は、“ファウリング（fouling）”と呼ばれる。
【０００７】
このようなタイプのファウリングは、混合され、温度制御される流体の状態に悪影響を及ぼし、凝集物又は濃厚な流体塊の沈降を避けるべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】EP1067352A2
【特許文献２】WO2008/017571A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ファウリング傾向が低減されたミキサー熱交換器及びミキサー熱交換器インサート又はミキサー熱交換器インサート配列を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、独立請求項の主題によって達成され、本発明の発展は従属請求項に具体化されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
例示的な実施の形態は、以下の図面を参照して以下に説明される。
【００１２】
【図１】ミキサー熱交換器インサートの例示的な実施の形態を示す。
【図２】本発明の例示的な実施の形態によるミキサー熱交換器インサートの一部分の半断面図を示す。
【図３】本発明の例示的な実施の形態による、単一の接続された内部容積部を有するミキサー熱交換器インサートを示す。
【図４】本発明の例示的な実施の形態による、並列に配置された４つの内部容積部を有するミキサー熱交換器インサートを示す。
【図５】長手方向に互いに並んで配置されている複数のミキサー熱交換器インサート配列の外観を示す。
【図６】図５によるミキサー熱交換器インサート配列の断面図を示す。
【図７】図5によるミキサー熱交換器インサート配列の概略図を示す。
【図８】本発明の例示的な実施の形態によるミキサー熱交換器を示す。
【図９】本発明の例示的な実施の形態による双方向温度制御液体貫流のためのミキサー熱交換器インサートを示す。
【図１０】図９の温度制御流体入口及び出口の長手方向の平面図を示す。
【図１１】図９に示された温度制御流体入口及び出口の構造の詳細な断面図を示す。
【図１２】本発明の例示的な実施の形態によるミキサー熱交換器の部分断面図を示す。
【図１３】リブ形状の中空体プレートに対する流路の線図を示す。
【図１４】互いに対して１２０°の角度で配置された中空体プレートの第１、第２及び第３のグループを有するミキサー熱交換器インサートの概略構成を示す。
【図１５】２つの別個の内部容積部を有するミキサー熱交換器インサート配列のチャネル経路の概略図を示す。
【図１６】４つの別々の内部容積部及び対応する温度制御流体の流れ方向を有するミキサー熱交換器インサート配列の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施の形態によれば、内部容積部を有する中空体プレートの第１のグループと、内部容積部を有する中空体プレートの第２のグループとを含むミキサー熱交換器インサートが提供され、第１のグループの中空体プレートは、ミキサー熱交換器インサートの長手方向に対して第１の方向に傾斜しており、第２のグループの中空体プレートは、ミキサー熱交換器インサートの長手方向に対して第２の方向に傾斜している。第１のグループの中空体プレートは、第２の中空体プレートに横方向に当接し、第１の中空体プレートの内部容積部は、第２の中空体プレートの内部容積部に接続されている。そのため、第１のグループの内部容積部と第２のグレープの内部容積部は、温度制御流体を搬送するように設計された接続された全内部容積部の一部である。
【００１４】
このようにして、ミキサー熱交換器インサートを提供することができ、このミキサー熱交換器インサートは、同時に、流れガイド構造として、温度制御流体を搬送することができる構造も提供する。言い換えれば、ミキサー熱交換器インサートの構造は、温度制御液体を均質化して搬送するための流れ案内構造として同時に機能する。これは、特に、EP1067352A1に知られている混合構造の必要性を排除する。混合構造は、温度制御流体を搬送するのに役立つ流路の長手方向に設けられた管が設けられ、更に、それに対して横方向に横たわっている流れガイドプレートにより貫通されている。特に、温度制御流体の流路と流れ偏向プレートとの間の接合部に沈殿する凝集物及び濃厚な流体塊を回避することが可能である。なぜなら、本発明のミキサー熱交換器インサートの場合には、そのような接続は必要ないからである。このようなミキサー熱交換器（インサート）又はミキサー熱交換器インサート配列は、また、EP1067352A1に記載されたミキサー熱交換器と比較して、著しく良好な表面対体積比を有する。特に、本発明による配列の表面対容積比は、EP1067352A1に記載された配列のそれよりも４倍だけ高くすることができる。
【００１５】
本発明の一実施の形態によれば、第１の方向及び第２の方向は、互いに正反対の向きである。
【００１６】
このようにして、第1の方向に傾斜した中空体プレート上の流れと第２の方向に傾斜した中空体プレート上の流れが交互に衝突する場合、流体の流れの分裂、又は強い交互流れのたわみが生じ得、これは完全な混合をもたらす。
【００１７】
本発明の一実施の形態によれば、ミキサー熱交換器インサートは、更に温度制御流体入口と温度制御流体出口とを有し、第２のグループの中空体プレートは、第１のグループの少なくとも２つの中空体プレートに横方向に当接し、２つの当接点において、第２のグループの中空体プレートの内部容積部は、第１のグループの２つの隣接する中空体プレートの容積部に接続され、温度制御流体が、温度制御流体入口から第２のグループの中空体プレートの内部容積の中へ第１のグループの第１の中空体プレートの容積部を通って流れ、そして第１のグループの第２の中空体プレートの内部容積を通って温度制御流体出口に流れる。
【００１８】
このようにして、第１の方向と第２の方向に交互に傾斜した中空体プレートを介して温度制御流体が交互に流れる構造体を設けることができる。これは特に、交互に傾斜した中空体プレートによって完全な混合を達成することを可能にすると同時に、温度制御液体もこれらの中空体プレートを通って連続的に流れることができる。ここで、個々の中空体プレートを通って搬送される温度制御流体の液体領域は、温度制御されかつ混合されるべき液体が搬送される外側領域に対して気密封止され、温度制御されるべき液体と混合されるべき液体と温度制御液体との望ましくない混合が起こらないようにする。
【００１９】
本発明の一実施の形態によれば、第１のグループの中空体プレート及び第２のグループの中空体プレートは、リブ形状の設計であり、第１のグループの複数のリブ状中空体プレートは、長手方向に互いに平行に間隔を置いて配置され、第２のグループの複数のリブ状中空体プレートは、長手方向に互いに平行に間隔を置いて配置され、第１のグループのリブ状中空体プレートは、互いに平行に並んで配置され、第２のグループのリブ状中空体プレートは互いに平行に並んで配置され、それらは相互に隣接して交互に配置され、それぞれのリブ状中空体プレートの内部容積部は、当接点で互いに接続されている。
【００２０】
このようにして、中空体プレート内に温度制御液体のために平行に流される幾つかの流路を設けることができる。例えば、ミキサー熱交換器インサート内の温度制御液体を相互に独立した方法で流路内を搬送することができる。特に、２つのリブ状中空体プレートを第１の方向に傾斜させ、２つのリブ状中空体プレートを第２の方向に傾斜させ、これらを交互に配置することが可能である。ここで、接続された単一の内部容積部のみが設けられる場合には、リブ形中空体プレートは、それらの内部容積部がそれぞれに接続されるように、全ての当接点において互いに接続され得ることを理解されたい。このようなリブ状中空体プレートを複数組み合わせて配置することにより、リブ状中空体プレートを流れ方向に前後に配置したスタックを提供することができる。
【００２１】
本発明の一実施の形態によれば、ミキサー熱交換器インサートは、第３のグループの中空体プレートを有し、第３のグループの中空体プレートは、ミキサー熱交換器の長手方向に対して第３の方向に傾斜している。第１の方向、第２の方向及び第３の方向は、互いに対して１２０°の角度で配置されている。
【００２２】
このようにして、中空体プレートを傾けて配置することによってある種のプロペラ構成を達成することができ、このプレートは温度制御されるべき流体と混合されるべき流体の特に完全な混合を可能にする。
【００２３】
本発明の一実施の形態によれば、長手方向に対する第１のグループの中空体プレートの傾斜角及び長手方向に対する第２のグループの中空体プレートの傾斜角は等しい。
【００２４】
このようにして、温度制御されるべき及び混合されるべき流体の流れの偏向又は分裂に対して一定の間隔をあけて繰り返し発生する相互に傾斜した中空体プレートを均一に配置することができ、対向する方向に一致する傾斜角に起因して、均一で交互の流れの偏向又は流れの分裂を起きる。
【００２５】
本発明の一実施の形態によれば、中空体プレートは、長手方向の方向に亘って少なくとも２つの流体的に分離した平行な全容積部を形成する。
【００２６】
これは、特に、第１のグループの中空体プレートの内部容積部と第２のグループの中空体プレートの内部容積部の接続部が、幾つかの当接点で接続され、他の点では別個のままであることによって達成することができる。したがって、２つの流体的に分離した、平行な全容積部が形成される。この結果、温度制御液体は、１つの全容積部を通って外側に流れ、他の全容積部を介して戻されるミキサー熱交換器インサートを提供することができ、温度制御液体の入口及び出口は、同じ側に設けることができる。
【００２７】
本発明の一実施の形態によれば、第１のグループの中空体プレートは、互いに重なり合って配置され、第２のグループの中空体プレートは、互いに重なり合って配置され、ミキサー熱交換器インサートの長手方向に一致する間隔を有する。
【００２８】
このようにして、平行な中間空間で、有効流断面が長手方向の貫流に対して均一になるようにすることができ、温度制御されるべき液体の蓄積が起こる可能性がある人工的なボトルネックがなくなる。このような蓄積は、例えば、温度制御され混合されるべき液体の凝集又は濃くなることにつながり、その結果、ファウリングプロセスが促進され得る。
【００２９】
本発明の一実施の形態によれば、第１のグループの中空体プレート及び第２のグループの中空体プレートは、長手方向に対して３０°〜６０°、特に４０°から５０°の間の角度で傾斜している。
【００３０】
このようにして、剪断挙動と流れが穏やかな領域との間に良好な比率を設定することができ、その結果、温度制御される液体に対して、十分な混合が保証される。
【００３１】
本発明の一実施の形態によれば、ミキサー熱交換器インサートは３Ｄ印刷プロセスによって、特に添加物製造プロセスによって、特にダイレクトメタル溶融レーザプロセス（ＤＭＬＳ）によって製造される。
【００３２】
このようにして、複雑な構造を有するミキサー熱交換器インサートを製造することができ、そのインサートの中空体プレートは、相互に当接する中空体プレートの内部容積が互いに接続されるように、当接点で接続される。３Ｄ印刷プロセスは、個々の構成要素の複雑な製造及び個々の構成要素の接合、例えば、はんだ付け又は溶接を避けることができ、本発明によるミキサー熱交換器インサートは、効率的にかつ高い費用対効果で製造することができる。
【００３３】
本発明の一実施の形態によれば、上記の説明による複数のミキサー熱交換器インサートを有するミキサー熱交換器インサート配列が提供され、複数のミキサー熱交換器インサートは、長手方向に対して前後に配列され、ミキサー熱交換器インサートの温度制御流体出口は、隣接するミキサー熱交換器インサートの温度制御流体入口に接続され、内部容積部は、２つの隣接するミキサー熱交換器インサートの間の境界で接続され、温度制御流体は、ミキサー熱交換器インサートから隣接するミキサー熱交換器インサートに流れ得る。
【００３４】
このようにして、幾つかのミキサー熱交換器インサートを、モジュール方式に前後に配置することができる。特に、個々のミキサー熱交換器インサートを製造することができ、必要に応じて、モジュール方式で互いに接合することができる。この接合は、例えば、溶接工程、はんだ付け工程又は接合工程によって実現することができる。この結果、温度制御されるべき及び混合されるべき流体が位置する外部容積部に関して、対応する温度制御流体入口及び出口で漏れが生じないことを同時に保証することが可能である。しかし、幾つかのミキサー熱交換器インサートを、一体的に他方の後ろに印刷することも可能である。
【００３５】
本発明の一実施の形態によれば、前後に配置されたミキサー熱交換器インサートは、長手方向に関して、回転オフセット、特に９０°オフセットされて配置される。
【００３６】
このようにして、層流が存在するにもかかわらず、温度制御されるべき及び混合されるべき流体の所望の混合を、ミキサー熱交換器インサートのオフセット配置を介して、したがって中空体プレート又はリブ形状の中空体プレートを介して達成することができる。
【００３７】
本発明の一実施の形態によれば、中空体プレートは、長手方向に４つの流体的に分離した平行な全容積部を形成し、平行な全容積部は、ミキサー熱交換器インサート配列の一端部で、第１及び第２の全容積部が温度制御液体によって互いに平行に流れ、続いて第３及び第４の全容積部が互いに平行に流れ、第１及び第２の全容積部に対しては逆平行の方法に流れるように接続されている。
【００３８】
これにより、複数のミキサー熱交換器インサートから成るミキサー熱交換器インサート配列の場合であっても、温度制御流体入口と温度制御流体出口を同じ側に配置することができる。温度制御液体は、外側に流れ、次に長手方向に関して再び戻ることができる。
【００３９】
本発明の一実施の形態によれば、流体入口及び流体出口を有する流体搬送容積部と、上述のようなミキサー熱交換器インサート又は上述のミキサー熱交換器インサート配置とを有するミキサー熱交換器が提供され、ミキサー熱交換器インサート又はミキサー熱交換器インサート配列は、流体搬送容積部へ広がり、流体入口を通って流体搬送容積部へ流れる流体は、流体出口を通って流体搬送容積部から出る前に、ミキサー熱交換器インサート又はミキサー熱交換器インサート配列の形状によって剪断応力を受ける。
【００４０】
このようにして、混合され温度制御されるべき流体の信頼できる温度制御を保証し、同時に流体の十分な混合を可能にするミキサー熱交換器を提供することができる。
【００４１】
本発明の一実施の形態によれば、流体搬送容積部は、長手方向に亘って一定の内部断面積を有する。
【００４２】
このようにして、デッドスペース又はビルドアップスペースを回避することができ、ミキサー熱交換器インサート配列を、設置の目的で、流体搬送容積部内に長手方向に押し込むことができる。一定の断面は、挿入されたミキサー熱交換器インサートなしで、容積が長手方向に亘って不変の断面積を有することを意味する。ここで、挿入されたミキサー熱交換器インサートは、しかしながら、もはや長手方向に亘って厳密に一定ではない有効流断面をもたらすことができる。
【００４３】
本発明の一実施の形態によれば、上述のミキサー熱交換器インサートのエンベロープは、ミキサー熱交換器の流体搬送容積部の一定の内部断面積に対応する断面積を有し、その中へミキサー熱交換器インサートが導入される。
【００４４】
このようにして、流体容積部とミキサー熱交換器インサート配列の配置を正確に合わせた接合を達成することができる。ミキサー熱交換器インサート配列に平行に配置された広大な空の容積部も同様に回避することができる。
【００４５】
上記の個々の特徴は、勿論、互いに組み合わせることもでき、場合によっては、それによって個々の効果の合計を超えて有利な効果を達成することさえ可能である。
【００４６】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載される例示的な実施の形態を参照して説明及び図示される。
【実施例】
【００４７】
図１は、本発明の例示的な実施の形態によるミキサー熱交換器インサートを示す。ここに示す実施の形態では、以下にインサートとも呼ばれるミキサー熱交換器インサートは、第１のグループの複数の中空体プレート１０、１１と、第２のグループの複数の中空体プレート２０、２１とを有する。第1のグループの中空体プレートは一方向に傾斜し、第２のグループの中空体プレートは反対方向に傾斜している。ここに示す図１の実施の形態では、中空体プレートの傾斜方向は反対であり、傾斜角は実質的に同じである。長手方向Ｌに斜めに上下に配置された異なる中空体プレート、例えば、ここでは中空体プレート１１は、マッチングスペース（一致する間隔）を有する。しかしながら、他の実施の形態による中空体プレートはまた、異なる傾斜角を有することができ、場合によっては変化する間隔を有することもできることを理解されたい。図面に示された全ての実施の形態は中空体プレートを有し、前記プレートは実質的に平面の入射流面を有する。しかし、中空体プレートも湾曲した設計を有することができ、それによって最適化された流動条件が生じ、混合が改善されることが理解されるべきである。
【００４８】
図１から分かるように、第１のグループは上下に位置する中空体プレート１０と、それぞれ上下に位置する中空体プレート１１を有し、一方、第２のグループは上下に位置する中空体プレート２０と、それぞれ上下に位置する中空体プレート２１を有する。第１のグループの中空体プレートと第２のグループの中空体プレートは交互に配置され、中空体プレートの十字形状の配置が行われる。中空体プレートの各々は、内部容積部を有しているが、閉鎖表示のために図１では見えない。
【００４９】
図２は、本発明の例示的な実施の形態によるミキサー熱交換器インサートの部分断面図を示す。図２の断面図を通して、個々の中空体プレートが内部容積部を有することが分かる。この場合、図２に示す実施の形態では、第１のグループ１０又は１１の中空体プレートの内部容積部１３は、第２グループの中空体プレート２１、２０の内部容積部２３に中空体プレートの当接点で接続されている。それで温度制御流体は、第１の中空体プレート１０又は１１から、当接点での接続部を通って第１の容積部１３から第２の中空体プレート２０又は２１の第２の容積部２３へ流れることが可能である。図２に示される実施の形態では、これは、互いに別々に流れることができる少なくとも２つの別個のチャネルが生じる配置をもたらす。図２には、ミキサー熱交換器インサートの上端部に温度制御流体入口１１０ａと温度制御流体出口１２０ａがあることも分かる。図２に示す構成では、例えば、温度制御流体が温度制御流体入口１１０ａを通って中空体プレート１０、２１の内部容積部の中に流れ込み、この場合、ここでは長手方向の矢印と反対の方向へ流れる。ここでは示されていないミキサー熱交換器インサートの端部では、温度制御液体は、第２のチャネルセクションに偏向されて、温度制御液体が中空体プレート２０、１１の内部容積部１３、２３を再び上向きに流れる。ここでは、長手方向の軸の矢印方向に上向きに流れ、温度制御流体出口１２０ａを通って出る。このようにして、熱交換器中空体のその構成のために、温度制御されかつ混合されるべき流体の混合も可能にする熱交換器が提供され得る。機能的な一貫性の点では、この配列はミキサー構造と見なすこともでき、これはミキサー構造の中空体プレートの設計により熱交換器特性を有する。
【００５０】
図３は、複数の中空体プレートを有するミキサー熱交換器インサート１の例示的な実施の形態を示す。ここでは、第１のグループ１１、１１ａ、１１ｂの中空体プレートは、中空体プレート１０、１０ｂと同様に上下に配置され、同様に中空体プレート２０、２１も同様に配置される。“上下に”という言葉は、”斜めで上下に“を意味すると理解されるべきである。図３に示されるミキサー熱交換器インサートは、いわゆるシングルチャンネル構成で提供され、すなわち、中空体プレートの全ての内部容積部は、全内部容積部を表し、したがって、温度制御流体入口１１０ａから始まり、ミキサー熱交換器インサート１を通る単一の貫流チャネルが生じ、温度制御液体が温度制御流体出口１２０ａを通って流出することができる。ここでは、厳密にはデッドエンドから開放される必要がない単一チャネルでも分岐が発生することが理解されるべきである。
【００５１】
図４は、いわゆる４チャネル構成として設計されたミキサー熱交換器インサート１の更なる例示的な実施の形態を示す。この場合、中空体プレート１０、１１、２０、２１は、それらの内部容積部が単一の内部容積ではなく、合計４つの内部容積部を構成するように、それぞれの接合部で互いに接続される。これは、例えば、流通中空体プレートのネスト配置により達成できる。例えば、中空体プレート１１の第２番目ごと及び中空体プレート２０の第２番目ごとで第１チャネルを形成する。その間に位置する中空体プレート１１及び２０は、それとネストされる第２のチャネルを形成することができる。同様に、中空体プレート１０の第２番目ごと及び中空体プレート２１の第２番目ごとでチャネルを形成し、その間に位置する中空体プレート１０及び２１が更なるチャネルを形成し、全部で４つのチャネルが設けられている。これらのチャネルは、例えば、温度制御流体が温度制御流体入口１１０ａを通って流入し、その後、第１の２つのチャネルの間に分配されるような方法で互いに配置することができ、温度制御流体が下方に移動するチャネルは、長手方向Ｌの落下方向に対向しており、一方、温度制御流体は、底部において、２つの更なるチャネルを通って再び上方に流れ、温度制御流体出口１２０ａを通って出るように偏向させることができる。
【００５２】
図５は、本発明の例示的な実施の形態によるミキサー熱交換器インサート配列１００の側面図を示す。ミキサー熱交換器インサート配列（以下、配列とも呼ぶ）は、前後に配置した複数のインサート１ａ、１ｂを有する。これらのインサート１ａ、１ｂは、長手方向Ｌに1つずつ前後に配置されている。図５から収集することができるように、インサートは、互いに９０°ずらして、すなわち、長手方向Ｌの回りを前後に９０°回転して配置されている。この場合、第１のインサート１ａの温度制御流体出口１２０ａは、ここで特定されている出口は詳細には見えないが、第２のインサート１ｂの温度制御流体入口１１０ｂに接続され、配置の結果として1つの連続チャネル、又は２つ又は４つの連続チャネルを生じさせる。
【００５３】
図６は、図５に示す配列の断面図を示し、個々の中空体プレートの内部容積部の位置を見ることができる。図６に示す目盛りは、図５の目盛りに実質的に対応する。ミキサー熱交換器インサート１、１ａ及び１ｂは、長手方向Ｌに前後に配置され、また、図６では、互いに長手方向Ｌの軸の周りに９０°回転している。
【００５４】
図７は、図５に示す配列の概略図を示しており、この配列は、長手方向Ｌに前後に配置された複数のインサート１を含む。ここでは、例として、配列１００のインサートのための中空体プレートの配列は、第１のグループの中空体プレート１０、１１と第２のグループの中空体プレート２０、２１との番号が付けられている。更に、中空体プレートの傾斜の位置は、参照記号Ａ及びＢよって示されている。図７から、傾斜方向Ａ及びＢが互いに正反対に向いていることが分かる。各グループの中空体プレートは、実質的にマッチングスペースを有し、各グループの中空体プレートの傾斜角度は一致する。
【００５５】
図８は、流体搬送容積部２３０及び流体入口２１０と流体出口２２０を有するミキサー熱交換器２００の例示的な実施の形態を示す。ミキサー熱交換器２００は、長手方向Ｌの矢印の方向とその反対の方向の両方向に流れることができることを理解すべきである。ここで、後者の場合、流体入口は流体出口になり、流体出口は流体入口になる。図８で使用されるミキサー熱交換器インサート配列は、実質的に先に説明した配列に対応する。図８に示す配列では、温度制御流体入口１１０が流体入口２１０の側にあり、温度制御流体出口１２０は流体出口２２０の側にある。図８に示す配列では温度制御され、かつ混合されるべき流体の流れ方向は、温度制御流体の流れ方向と一致する。しかし、ミキサー熱交換器２００を対向流モードで動作させることも同様に可能であり、この場合、冷却され、かつ混合されるべき流体の流れ方向は、温度制御流体の流れ方向と反対であり、温度制御流体入口１１０が温度制御流体出口になるか、又は流体入口２１０が流体出口になる。同様のことが、流体出口２２０と温度制御流体出口１２０にそれぞれ当てはまる。
【００５６】
図９は、ミキサー熱交換器インサート配列の他の実施の形態を示す。ただし、温度制御流体入口と温度制御流体出口１１０、２０は、反対側ではなく一方の側（図９の左側）に配置されている。この場合、温度制御流体は、温度制御流体入口１１０を介して流入し、個々のミキサー熱交換器インサートを通って少なくとも１つのチャネルを介して反対側の端部に流れ、対応する結合ピース１３０を介して偏向される。結合ピースは、温度制御流体が外側流路から分離された戻り流チャネルを通って温度制御流体出口１２０に戻るように、別個の貫流容積部の間に配置される。ここで、図９に示す配列は、例えば、結合ピース１３０よって互いに接続された２つの別個の容積部を有することができることを理解されたい。或いは、図９に示す実施の形態は、 ２つのチャネルが往路となり、また、復路となるように、端部において対応する結合ピース１３０によって互いに接続されている。
【００５７】
図１０は、温度制御流体入口１１０及び温度制御流体出口１２０を有する、図９に示す配列１００の端面図を示す。
【００５８】
図１１は、温度制御流体入口及び出口１１０、１２０の領域における図９に示された配列の断面図を示す。図１１から、温度制御流体入口１１０を介して流入する温度制御流体が、対応する中空体プレート１０、２０に流入する。それは、詳細には示されていないインサート又は配列を介して後で逆流するため、そして中空体プレート１１、２１から温度制御流体出口１２０に到達するためである。
【００５９】
図１２は、図８に示す配列の部分断面図である。４チャンネル配列１００の空間的表現が示されており、後者はミキサー熱交換器インサート配列２００の流体搬送容積部２３０に見られる。
【００６０】
図１３は、第１のグループのリブ状の中空体プレート１０、１１及び第２のグループのリブ状の中空体プレート２０、２１に対する傾斜方向Ｒ１及びＲ２の例示的な概略図を示している。図１３から分かるように、第１のグループの中空体プレート１０、１１の傾斜方向Ｒ１は、第２のグループの中空体プレート２０、２１の傾斜方向Ｒ２が一致しているように、一致している。この場合、傾斜方向は対向しており、長手方向Ｌの軸に対する対応する傾斜角度α（alpha）は、両方の傾斜方向Ｒ１及びＲ２について同じである。
【００６１】
図１４は、第１のグループの中空体プレート、第２のグループの中空体プレート、及び第３のグループの中空体プレートが設けられている代替の実施の形態を示す。この場合、第１のグループの中空体プレート１０は、第２のグループの中空体プレート２０に対して、同様に第３のグループの中空体プレート３０に対して、１２０°ずらされて傾斜して配置されているので、ここに示した３つの中空体プレート１０、２０、３０の結果としてプロペラ状の配置が生じ、混合され、かつ温度制御されるべき液体を完全に混合させる。中空体プレート１０又は２０又は３０の幾つかは、図１４からは収集することができないものの、前後に配置することができることを理解されたい。
【００６２】
図１５は、ミキサー熱交換器インサート１ａ内のチャネル経路の概略図を示す。この場合、例えば、温度制御流体は、温度制御流体入口１１０ａを通って流れ、プロセス中、文字ａとｂによって識別される２つのチャネル部分の間に分配される。ここで、上部チャネルａには、内部容積部１３ａを有する第１のグループの中空体プレートと、内部容積部２３ａを有する第２のグループの中空体プレートが交互に流通する。同様に、第２の下方のチャネル配列では、内部容積部１３ｂを有する第１のグループの中空体プレートと、内部容積部２３ｂを有する第２のグループの中空体プレートが交互に流れる。両方のチャネルは、図１５に示す構成では平行に流れるので、温度制御流体入口１１０ａ及び温度制御流体出口１２０ａは反対側に配置される。代替的に、温度制御流体入口と温度制御流体出口が同じ側に配置されている場合、ここには示されていない２つのチャネルのための結合ピースを、入口／出口から遠い側に設けることができる。前記結合ピースは、２つのチャネルを互いに接続し、これらは互いに並列に流れるのではなく、順番に流れるようにする。
【００６３】
図１６は、ミキサー熱交換器インサート配列の例示的な実施の形態を示しており、ここでは、複数のミキサー熱交換器インサート１ａ、１ｂが、前後に配置されている。図１５のチャネル経路と同様に、４つの並列チャネルを持つチャネル経路が図１６に示されており、小文字のａ、ｂ、ｃ及びｄで示されている。図１６では、温度制御流体の対応する流れの方向が矢印によって表されている。完全な配列１００は、第１又は第２のチャネルと、第３又は第４のチャネル又は全容積部との結合を提供するカップリング１３０によって封止される。このようにして、図１６に示す実施の形態では、内部容積部１３ａ、２３ａ、及び１３ｃ、２３ｃを有するチャネルが左から右に流れ、端部で、温度制御流体は、内部容積部１３ｂ及び２３ｂ及び１３ｄ及び２３ｄを有する対応するチャネル内に結合ピース１３０を通って戻される。
【００６４】
“含む”という用語は、“one”又は“ａ”という用語が複数の要素及びステップを排除しないのと同様に、更なる要素又はプロセスステップを除外しないことに留意されたい。
【００６５】
使用される参照記号は、理解を高めるためだけに役立つものであり、決して限定的であると見なされるべきではなく、本発明の保護の範囲は請求項によって表される。
【符号の説明】
【００６６】
１、１ａ、１ｂ  ミキサー熱交換器インサート
１０、１０ａ、１０ｂ  第１のグループの（リブ状）の中空体プレート
１１、１１ａ、１１ｂ  第１のグループの（リブ状）の中空体プレート
１３  第１のグループの中空体プレートの内部容積部
１３ａ、ｂ、ｃ、ｄ  第１／第２／第３／第４の（全）容積部
２０  第２のグループの（リブ状）の中空体プレート
２１  第２のグループの（リブ状）の中空体プレート
２３  第２のグループの中空体プレートの内部容積部
２３ａ、ｂ、ｃ、ｄ  第１／第２／第３／第４の（全）容積部
１００  ミキサー熱交換器インサート配列
１１０  インサート配列の温度制御流体入口又は出口
１１０ａ、ｂ  インサートの温度制御流体入口又は出口
１２０  インサート配列の温度制御流体出口又は入口
１２０ａ、ｂ  インサートの温度制御流体出口又は入口
１３０  第１／第２の全容積部と第３／第４の全容積部とのカップリング
２００  ミキサー熱交換器
２１０  （混合）流体入口又は出口
２２０  （混合）流体出口又は入口
２３０  （混合）流体搬送容積部
Ｌ  ミキサー熱交換器インサート又はミキサー熱交換器インサート配列の長手方向
Ｒ１  第１のグループの中空体プレートの傾斜方向
Ｒ２  第２のグループの中空体プレートの傾斜方向
Ｒ３  第３のグループの中空体プレートの傾斜方向
α、alpha  長手方向Ｌに対する中空体プレートの傾斜角
【図１】
2019510183.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
2019510183.tif 000019
2019510183.tif 000020
2019510183.tif 000021
2019510183.tif 000022